航天器深低温热管技术研究现状及发展趋势

未来空间天文观测和科学探测任务、大型长期空间任务以及空间超导技术的应用需要深低温系统提供支撑。深低温系统主要包括深低温获取技术和深低温热传输技术。总结了以深低温槽道热管、深低温环路热管、深低温柔性热管、深低温脉动热管为代表的四类典型深低温热传输技术在基础研究、应用研究及空间搭载验证方面的研究现状。在此基础上,提出了深低温热管技术未来的发展趋势。     

水平管内冷凝流动的稳定性

管内冷凝换热流动在紧凑型两相热控系统中比较常见,本文关注于冷凝两相流中的不稳定性。首先对工质在冷凝器中的热力学过程进行建模,然后利用Lyapunov稳定性理论讨论了冷凝流动过程中流动压降发生振荡的机理。发现失稳区间的质量流量开始点对应的出口工质干度为1,而失稳区间的结束点对应的工质出口干度通常在0.8左右。在大入口过热度、小管径以及低热通量下,冷凝器的压降-流量曲线会出现负斜率,工作流体若进入负斜率区域,会导致压力振荡,使得系统的运行变得不稳定。     

深冷环路热管超临界启动实验研究

深冷环路热管(CLHP)在正常工作之前,整个回路内工质处于超临界状态.通过对毛细芯在液体工质中良好的浸润,保证主蒸发器顺利启动.研究了从储气室位置、副蒸发器功率以及充装压力等影响超临界启动的因素对CLHP超临界启动过程的影响.结果表明:储气室的两种接入位置均能实现超临界启动过程;漏热量一定时,为了使主蒸发器达到启动条件,副蒸发器存在一个最小启动功率,且副蒸发器功率越大主蒸发器降温越迅速;对于回路结构一定的CLHP,当副蒸发器功率一定时,其存在一个最佳充装压力,在该充装条件下能使得启动过程最为迅速.     

多回路耦合CPL系统的调温特性研究

单个毛细抽吸两相流体回路(capillarypumpedloop,CPL)逐渐在航天领域得到了应用,然而,大型航天器热管理技术中涉及到包含CPL在内的多个流体回路耦合以及相互协调运行的问题。建立了一个以CPL为核心的多回路耦合实验系统,分析了影响单相水流体回路运行温度的各项因素;进行了系统对单相水流体回路的调温特性实验。结果表明,在设计条件下,对单相水流体回路进行调温的过程中,CPL能够与其他流体回路协调稳定地工作。一方面,间接地验证了系统对受控体的控温作用;另一方面,为CPL集成系统工程化及热耦合技术研究提供了相应的依据。     

石墨烯纳米流体研究进展

润滑与冷却是当前工业领域两个重要的议题。前者与机械装置、零部件的使用可靠性和寿命直接相关,对减少摩擦产生的能耗具有重大意义,而后者对于高功率密度器件的热管理至关重要。二者的结合在航空航天、汽车机械等领域广泛存在,而纳米流体是一种很好的承载二者的工作介质。本文针对石墨烯纳米流体这一热点,综述了石墨烯纳米流体的分散理论基础与方法,对影响石墨烯纳米流体悬浮稳定性因素进行了调研,归纳总结了纳米流体的导热机理、影响因素以及石墨烯纳米流体进展,分析了纳米流体未实现大面积应用的主要原因,同时对石墨烯作为添加剂应用于润滑领域的进展进行了评述。最终提出石墨烯纳米流体协同增强换热与减磨润滑的应用设计。在航天器等应用领域中,由于对石墨烯纳米流体的力热耦合综合性能缺乏广泛研究,以及航天器稳定性和长期运行可靠性等问题,未来的研究应以航天传热工质为基础,进行纳米粒子针对性设计,通过系统开展基于空间环境动态流动换热性能与回路寿命的研究,为未来实现纳米流体的航天器应用奠定理论基础和提供技术支撑。